بينما يُستخدم السليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية، يُستخدم الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية، لأننا نستخدم معظمهما يوميًا، مثل التلفاز والهاتف أيضًا.
في هذا المقال سنتعرف على خصائص هذه المواد وما يميزها عن المواد الأخرى، وهل يتم استخدام الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية أم لا، تابع معنا هذا المقال.
استخدام مادة الجرمانيوم والسيليكون في مجال الأجهزة الإلكترونية
يستخدم الجرمانيوم والسيليكون في هذا المجال لأنهما من أشباه الموصلات الكهربائية، لذلك يتم استخدامهما في صنع المقاومات الكهربائية والترانزستورات.
كما تشارك في إنتاج العديد من الأجزاء الإلكترونية الصغيرة، والجرمانيوم والسيليكون مادتان غيّرتا مجرى التكنولوجيا الحديثة، فقبل استخدامهما في مجال الإلكترونيات، كان حجم الأجهزة الإلكترونية كبيرًا جدًا، بالإضافة إلى ارتفاع تكلفتها.
لكن بعد استخدام الجرمانيوم والسيليكون في صنعه، أصبح أصغر بكثير وأقل تكلفة، وخصائص المادتين هي سبب استخدامهما:
- إنها مادة أشباه الموصلات.
- إنه عنصر كيميائي مستقر.
- من الممكن تغيير الخصائص المتعلقة بنقل الكهرباء وعزل هاتين المادتين.
- مادة غير مكلفة نسبيًا.
لذلك، وبسبب التكلفة والمزايا البسيطة، أصبح الجرمانيوم والسيليكون أفضل العناصر في عملية تصنيع الأجهزة الإلكترونية، بالإضافة إلى سهولة الإنتاج، مقارنة بعناصر أشباه الموصلات الأخرى.
انظر أيضًا: مدة القسطرة البولية من السيليكون
أشباه الموصلات
أشباه الموصلات هي مجموعة من المواد الصلبة والبلورية ذات موصلية كهربائية متوسطة، لأنها لا توصل الكهرباء بكفاءة مثل المواد الموصلة.
لكنها أيضًا ليست عازلًا، وتتميز أشباه الموصلات بكفاءة الطاقة العالية وانخفاض الأسعار، لذا فهي تستخدم على نطاق واسع في صناعة الأجهزة الإلكترونية، مثل الدوائر المتكاملة، والثنائيات، وكذلك الترانزستورات.
مما تتكون أشباه الموصلات؟
- يتكون أشباه الموصلات بشكل أساسي من عنصري الجرمانيوم والسيليكون، بالإضافة إلى زرنيخيد الغاليوم أو فوسفيد الإنديوم أو مركب كبريتيد الرصاص.
- هناك العديد من المواد الأخرى التي تستخدم كأشباه موصلات، وهناك أنواع من البلاستيك يتم تصنيعها كأشباه موصلات، ونستخدمها في صناعة الثنائيات الباعثة للضوء، والمختصرة بـ “LED”، لأن المادة البلاستيكية مرنة ويمكنها. يمكن تشكيلها بطرق مختلفة.
أنواع أشباه الموصلات
يحدث ظهور أشباه الموصلات بعد إضافة الشوائب إلى المواد، ويجب زيادة كمية الموصلية للعنصر، وكذلك تقليل كمية الشوائب المضافة ونوعها. هم كالآتي:
نظائرها السلبية:
- والتي تحتوي على كمية كبيرة من الإلكترونات الحرة مما يعني أن الموصلية أعلى.
تشابه إيجابي:
- يحتوي على عدد أقل من الإلكترونات الحرة، مما يعني أن الموصلية أقل.
تاريخ الاكتشاف
- استخدم مصطلح “أشباه الموصلات” لأول مرة عام 1782 من قبل العالم “أليساندرو فولتا”، ولاحظ العالم “فاراداي” الطبيعة الخاصة لأشباه الموصلات وتأثر موصليةها بدرجة الحرارة عام 1833، ولاحظ انخفاضها كهربائياً. مقاومة كبريتيد الفضة مع زيادة درجة الحرارة.
- وفي عام 1874 اكتشف “كارل براون” ووثق مبدأ عمل الثنائيات المصنوعة من مواد شبه موصلة، ولاحظ العلماء تدفق التيار بحرية في اتجاه معين وفقط.
- في عام 1901، اخترع العالم “شاندرا بوز” أول جهاز أشباه الموصلات، والذي أطلق عليه اسم “شعيرات القط”، وهو معدل للتيار الكهربائي الذي تستخدمه أشباه الموصلات للكشف عن موجات الراديو.
أسباب تفضيل السيليكون على الجرمانيوم
حتى الآن تم اكتشاف أن استخدام السيليكون أفضل من استخدام الجرمانيوم، وسوف يشرح ما يلي الأسباب التي تجعل الجرمانيوم ليس عنصرًا مفيدًا مثل السيليكون:
- في درجة حرارة الغرفة العادية، تحتوي بلورات السليكون على إلكترونات أقل من بلورة الجرمانيوم، مما يجعل السليكون لديه تيار قطع أقل من الجرمانيوم.
- عندما تتعرض بلورات الجرمانيوم لدرجات حرارة عالية، فإنها تتلف، ومن ناحية أخرى، لا تتلف بلورات السليكون بسهولة عند تعرضها للحرارة الزائدة.
- تتمتع ثنائيات السيليكون بمعدلات ذروة للجهد العكسي أكبر من ثنائيات الجرمانيوم.
- ومع ذلك، يحتوي السيليكون على شيء سلبي لا يوجد في الجرمانيوم، وهو أن الحاجز المحتمل للسيليكون أكبر مقارنة بالجرمانيوم، ولكن إذا نظرنا إلى مزايا السيليكون، فهو بالطبع أفضل عنصر يمكن استخدامه في الأجهزة على أساس أشباه الموصلات.
قد تكون مهتمًا بـ: يستخدم السيليكون في حياتنا اليومية
الفرق بين الجرمانيوم والسيليكون
الجرمانيوم والسيليكون من أشباه الموصلات التي تنتمي إلى المجموعة الرابعة عشرة من الجدول الدوري، أي أنها تنتمي إلى عائلة الكربون، حيث يوجد السيليكون في المنتصف، وأسفله يوجد الجرمانيوم والقصدير والرصاص، وفوق ذلك يوجد الكربون، وفي النقاط التالية سنناقش الفرق بين عنصري الجرمانيوم والسيليكون:
- يحتوي الجرمانيوم على الرمز “Ge” ورقمه الذري 32، بينما يحتوي السيليكون على الرمز “Si” والرقم الذري 14.
- يزداد أنصاف الأقطار الذرية للعناصر بشكل عام عند النزول إلى مجموعات في الجدول الدوري.
- لذلك، فإن نصف القطر الذري للجرمانيوم أكبر من نصف القطر الذري للسيليكون.
- إذا تم توزيع الذرات إلكترونيًا، فإن الجرمانيوم يحتوي على إلكترونات في مدارات d.
- بينما لا يحتوي السيليكون على إلكترونات، يتم توزيعها في مدارات d.
- الجرمانيوم لديه موصلية أعلى من السيليكون.
- هذا لأن السيليكون يحتوي على عدد ذري أقل من الجرمانيوم.
- تكلف مواصفات السيليكون أقل بعشر مرات من نفس مواصفات الجرمانيوم.
- تستخدم موصلات السيليكون في نطاق واسع جدًا.
- ويرجع ذلك إلى سهولة الاستخدام في درجات حرارة أعلى من موصلات الجرمانيوم.
استخدام الجرمانيوم
يستخدم الجرمانيوم في العديد من المجالات، لأنه يساهم في تصنيع الترانزستور، مما يسهل استخدام معدن الجرمانيوم بعدة طرق، وسنناقش استخداماته العديدة في النقاط التالية:
- أشعة الليزر التي تساعد في نقل البيانات لمسافات طويلة مصنوعة من ثنائيات الجرمانيوم.
- الجرمانيوم هو نوع من العلاج الكيميائي، لاحتوائه على مجموعة من المركبات السامة التي تقاوم أنواعًا مختلفة من البكتيريا.
- يستخدم الجرمانيوم في تطبيقات الأشعة السينية، بالإضافة إلى استخدامه في صناعة السبائك المعدنية عالية التكلفة.
- على سبيل المثال، يزيد استخدامه مع سبائك الفضة الإسترليني من مقاومته للتلطيخ.
- الجرمانيوم النقي لديه القدرة على اكتشاف مصادر الإشعاع بدقة.
- هذه ميزة تتطلبها جميع البلدان في أمن المطارات.
- يمكن استخدامه مع نظام الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء.
- يتم استخدامه لصنع خلايا شمسية عالية الكفاءة.
- حيث يتم استخدامه في مجال التطبيقات الفضائية.
- يستخدم الجرمانيوم في أنظمة الألياف الضوئية كمحفز للبلمرة لعلاج الأمراض الكيميائية.
- يحتوي الجرمانيوم على مؤشر انكسار مرتفع ومؤشر منخفض للتشتت البصري.
- هذا يجعلها مناسبة لعدسة الكاميرا ذات الزاوية العريضة، وكذلك العدسة الشيئية للميكروسكوب.
تابعنا: مواصفات زيت السيليكون والأضرار
استخدام السيليكون
- يستخدم السيليكون في مواد البناء مثل الزجاج والاسمنت والطوب والخرسانة.
- يتم استخدامه لصنع القوالب الحرارية، لأنه يقاوم الحرارة بشكل فعال.
- يتم استخدامه في رقائق السيليكون المستخدمة في عملية تصنيع أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر.
- يتم استخدامه لصنع بعض قطع غيار السيارات.
- المطاط مصنوع من السيليكون الحراري، وهو مقاوم للحريق والحرارة واللهب.
- كما أنها آمنة لصحة الإنسان وغير ضارة.
- يتم استخدامه لصنع مواد يمكنها تحمل درجات حرارة عالية جدًا.
- مثل قوالب السيليكون التي تتميز بفكرة دخول الفرن لتسوية الطعام دون إتلافه.
- يستخدم السيليكون كمادة لاصقة، وهو مادة لاصقة فعالة للغاية وقوية تستخدم في لصق العديد من الأشياء.
- مثل الزجاج والخشب وبعض أنواع القماش والبلاستيك.
- يستخدم السيليكون لتجميل أجزاء الجسم مثل الثديين.
- حيث يُعرف بالجمال المعدني لما له من استخدامات عديدة في مجال مستحضرات التجميل وصحة الجسم.
في نهاية المقال أجبنا على سؤال حول استخدام السليكون والجرمانيوم في الأجهزة الإلكترونية، حيث ناقشنا استخدام كل من الجرمانيوم والسيليكون وتحدثنا عن الاختلاف بينهما، بالإضافة إلى أسباب تفضيل السيليكون بدلاً من ذلك. من عنصر الجرمانيوم، ونتمنى لك قراءة ممتعة.